Ответы на зачет по общей химии. 1. место химии в формировании представлений о строении и законах функционирования различных систем человеческого организма. Связь химии с биологией, медициной и формацией. Основные этапы развития химии. Вклад отечественных ученых в развитие общей химии
 Скачать 188.85 Kb.
|
                                                                          1.место химии в формировании представлений о строении и законах функционирования различных систем человеческого организма. Связь химии с биологией, медициной и формацией. Основные этапы развития химии. Вклад отечественных ученых в развитие общей химии.Отличительная черта современной медицины - активное внедрение достижений химии в теорию и практику исследования функций живого организма. Поэтому особую роль приобретают знания основ биофизической химии и свойств биогенных элементов, которые служат фундаментом при последующем изучении биоорганической и биологической химии, фармакологии, физиологии, гистологии, санитарии и гигиены, анестезиологии. Химия-наука о составе, строении, свойствах, превращениях веществ и явлениях, их сопровождающих. На границе биологии, неорганической и биологической химии появилась новая наука – бионеорганическая химия, задачей которой является изучение химических процессов, протекающих в клетках живых организмов при участии соединений биогенных элементов. Исключительно велико значение химии в биологии и медицине. В организме реализуется около миллиона процессов. Каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В любой клетке человеческого организма могут протекать тысячи химических реакций. В конечном счете, разнообразные биологические функции живых организмов определяются теми или иными химическими реакциями. Например, энергетические потребности обеспечиваются главным образом реакцией биоокисления глюкозы, лежащей в основе клеточного дыхания: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О В свою очередь внешнее дыхание высших животных, обеспечивающее доставку кислорода к клеткам, определяется реакцией белка – гемоглобина Hb с кислородом воздуха: Hb + O2 HbO2 Непрочный комплекс- оксигемоглобин является переносчиком кислорода. Недостаток гемоглобина будет вести к кислородному голоданию и тяжелому заболеванию-анемии. Чтобы вылечить больного анемией, необходимо стимулировать синтез гемоглобина в организме. Понимание химических процессов, лежащих в основе болезни, помогает направленному поиску способов лечения. Поэтому лучшие врачи всегда уделяли внимание химическим вопросам медицины. Основоположник медицинского направления в химии – швейцарский врач Т. Парацельс (1493-1591) . он писал, что цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств. По Парацельсу, все материальное состоит из трех начал элементов, находящихся в разных соотношениях: соли (тела), ртути (души) и серы (духа). При недостатке одного из этих элементов в организме возникают болезни, которые нужно лечить, вводя элемент в организм. Парацельс впервые успешно стал применять для лечения больных неорганические вещества. Это побудило многих врачей к изучению химии. Так химия получила мощный толчок к дальнейшему развитию, найдя широкое практическое применение. Этот период в развитии химии и медицины (XVI-XVIII вв.) известен под названием ятрохимии (от греч. Iatros – врач). В начале 18 века немецкий химик и врач Г.Э.Шталь (1659-1734) предложил теорию флогистона, которая более полувека пользовалась всеобщим признанием. По этой теории предполагалось, что во всех телах имеется особое вещество - «флогистон», удаляющееся из них при горении или окислении. Сначала эта теория позволила обобщить многие экспериментальные факты и ускорила развитие химии, но затем стала препятствием для дальнейшего развития, так как исходное предположение оказалось неверным. Шведский фармацевт К.В.Шееле (1742-1786), еще, будучи помощником аптекаря, открыл кислоты растительного и животного происхождения, в том числе винную, лимонную, яблочную, молочную, мочевую. Наиболее важные его открытия – получение кислорода и азота. В 19 веке исследования, проведенные немецким врачом Ю.Р.Майером (1814-1878) и английским ученым Д.Джоулем (1818-1889), показали, что теплота и работа могут взаимно превращаться и являются двумя различными способами передачи энергии. Ю.Р.Майеру принадлежит приоритет в открытии первого начала термодинамики. Работая судовым врачом на корабле, направляющемся из Европы на остров Яву, Майер обратил внимание, что венозная кровь моряков в тропиках и местных жителей – яванцев имеет более светлую окраску, чем окраска крови пациентов в Германии. Он объяснил эти различия тем, что в венах обитателей тропиков остается больше кислорода и, соответственно, больше оксигемоглобина, чем у людей, живущих в холодных климатических условиях. На основании таких наблюдений Майер пришел к выводу, что теплота сгорания пищи расходуется на поддержание постоянной температуры тела и на выполнение мускульной работы. В результате работ выдающегося французского биолога Луи Пастера (1822-1895) были усовершенствованы промышленные процессы брожения (биотехнология). Созданный им метод стерилизации обеспечивает обеззараживание лекарственных средств и медицинских инструментов. Из 109 научных работ крупнейшего русского врача-физиолога И.М.Сеченова (1829-1905) 40 посвящены применению методов физической химии в медицине. Опираясь на данные физико-химических методов исследования, он детально объяснил, как переносится углерод диоксид из тканей в кровь и далее в легкие. Сеченов может по праву считаться основателем физико-химической медицины. П.Эрлих - применил в медицине синтезированные им соединения в качестве лекарственных средств. Л.Полинг - строение полипептидов, в том числе фибриллярных белков, из которых состоят соединительные и покровные ткани. Дж.Уотсон и Ф.Крик – описали вторичную структуру ДНК, описав ее в виде двойной спирали. Ф.Сенгер – исследование строения индивидуальных белков, строение генов-носителей наследственной информации в организмах. Большинство лекарственных препаратов синтезировано химиками. Полезный эффект врачебной деятельности на 70 % определяется наличием лекарств и развитием науки о лекарствах – фармации. Например, детская смертность от тифа с открытием антибиотиков снизилась с 50 до 2 %, а смертность от туберкулеза за последние 30 лет уменьшилась примерно на 80 %. Достижения химии используют не только в терапевтической деятельности, но и в хирургии. Это новые химические препараты, обладающие антимикробной, противоожоговой, противовоспалительной активностью, перевязочные средства, клеи для лечения ран, различные искусственные органы и детали из пластмасс: артерии, зубы, костные пластины, носовой хрящ, оболочки нервов, суставы крупные и мелкие. Применяя эти материалы хирург должен учитывать характер их взаимодействия с организмом. В клинической медицине широко применяют с целью диагностики и профилактики методы качественного и количественного анализов различных веществ в биожидкостях : моче, крови, желудочном соке. С помощью химических методов проводится анализ окружающей среды : воздуха, почвы, питьевых и сточных вод. Такие анализы имеют первостепенное значение для санитарной и гигиенической оценки условий жизни и труда. Таким образом, применение химии в медицине подчеркивает мудрость мысли великого русского ученого М.В.Ломоносова, который говорил, что медик без довольного познания химии совершенен, быть не может. 2. химическая термодинамика. Основные понятия термодинамики. Открытые, закрытые и изолированные системы. Экстенсивные и интенсивные параметры состояния системы. Термодинамика – наука о взаимопревращениях теплоты и энергии. ТД системой называется любой объект природы, состоящий из достаточно большого числа молекул (структурных единиц) и отделенный от других объектов природы реальной или воображаемой граничной поверхностью (границей раздела) Объекты природы, не входящие в систему, называются средой. Под состоянием понимают совокупность свойств системы, позволяющих определить систему с точки зрения ТД. Состояние системы называется равновесным, если все свойства остаются постоянными в течение как угодно большого промежутка времени и в системе отсутствуют потоки вещества и энергии. Если свойства системы постоянны во времени, но имеются потоки вещества и энергии, состояние называется стационарным. В ТД для определения изменения энергии системы в тех или иных условиях применяют различные энергетические характеристики, называемые термодинамическими функциями состояния Системы по характеру обмена веществом и энергией с окружающей средой: Изолированной системой называется такая система, которая не обменивается со средой ни веществом, ни энергией (∆m=0, ∆E=0) Закрытой системой называется такая система, которая не обменивается со средой веществом, но может обмениваться энергией (∆m=0 , ∆E≠0) Открытой системой называется такая система, которая может обмениваться со средой, как веществом, так и энергией(∆m≠0 , ∆E≠0) например живая клетка. Экстенсивные параметры: m, E, ∆H, V Интенсивные параметры (не зависящие от количества вещества): t, P, ρ. 3. внутренняя энергия. Работа и теплота – две формы передачи энергии. Параметры состояния системы. Внутренняя энергия системы представляет собой сумму энергий теплового движения молекул и энергии взаимодействия между ними. В биологических системах теплота обычно отдается системой во внешнюю среду, а работа совершается системой за счет убыли внутренней энергии. Экстенсивные параметры: m, E, ∆H, V Интенсивные параметры (не зависящие от количества вещества): t, P, ρ. 4. первое начало ТД. Известные формулировки 1 начала ТД. Изохорные и изобарные процессы. первое начало ТД: Тепло, подведенное или отданное системе, расходуется на изменение внутренней энергии и работы, совершаемой над системой Q = ∆U + W Формулировки: 1.в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным 2.разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах 3.вечный двигатель первого рода не возможен, т.е. не возможно построить машину, которая давала бы механическую работу, не затрачивая на это соответствующее количество энергии. Изохорный процесс- процесс, протекающий при постоянном объеме. V = const Q = ∆U + W W = P ∆V если ∆V = 0 W = 0 Qv = ∆U Qv- изохорный процесс Изобарный процесс- процесс, протекающий при постоянном давлении Р = const QP = ∆U + P ∆V = (U2 + P V2) - (U2 + P V1) = H2 – H1 = ∆H H = U +P V |